[发明专利]一种钠离子电池负极材料

说明书

本发明公开了一种钠离子电池负极材料，所述电池负极材料采用氟掺杂TiO₂纳米颗粒。所述氟掺杂TiO₂纳米颗粒采用一步溶剂热法制备，具体的将一定比例的有机钛源、氟源和去离子水混合搅拌均匀，经溶剂热法合成氟掺杂TiO₂纳米颗粒。本发明通过调节有机钛源、氟源和去离子水之间的体积比为25:3:3，得到了单一相结构、结晶性良好、尺寸均一、制备简单的超小氟掺杂TiO₂纳米颗粒；有机钛源为钛酸丁酯，氟源为质量百分比为40％的氢氟酸。制备的氟掺杂TiO₂纳米颗粒用于钠离子电池负极，具有高首周库伦效率、高比容量、倍率性能好和循环寿命长等优点。

技术领域

本发明属于材料领域，特别涉及一种钠离子电池负极材料。

背景技术

在过去的几十年里，锂离子电池由于其高能量密度、长循环寿命和绿色无污染等优点，已应用于便携式电子设备、电动汽车和混合动力汽车等。随着对锂离子电池需求的增加，锂的有限资源和价格抑制了锂离子电池的进一步发展。由于钠资源丰富、成本低廉，钠离子电池作为一种替代品，近年来得到了广泛的研究。然而，钠离子的半径相对较大，很难找到合适的材料来有效地容纳钠离子。石墨作为锂离子电池常见的负极，在钠离子电池中只能显示出极低的容量。合金型材料(如Na₁₅Sn₄、Na₃Sb和Na₃P)和转化型材料(如金属氧化物和硫化物)被证明是钠离子电池的高容量负极，然而，在充放电过程中体积膨胀严重，循环稳定性差。

二氧化钛由于其资源丰富、高理论容量、结构稳定，被认为是合适的钠离子电池负极材料。在各种晶型中，锐钛矿相二氧化钛展现了优异的储钠性能。然而，二氧化钛晶体中钠离子迁移率较低和固有电导率较低，限制了二氧化钛的比容量和倍率性能的提高。目前，对二氧化钛改性的方法主要有三种。一是利用纳米结构(如纳米线、纳米片、纳米棒等)的优势来提高储钠性能，但是纳米结构不稳定，容易坍塌，循环稳定性较差。二是通过葡萄糖或者多巴胺等有机物进行碳包覆来提高导电性，但是，材料本身导电性低的问题并未得到改善。三是通过异质元素掺杂引入结构缺陷和氧空位，从而提高二氧化钛的离子和电子导电性，大大改善了二氧化钛的储钠性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中钠离子电池负极所用的TiO₂纳米颗粒的储钠性能不好、结构不稳定、比容量和倍率性能不高的问题，从而提供一种氟掺杂TiO₂纳米颗粒的钠离子电池负极，及氟掺杂TiO₂纳米颗粒的制造方法。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种钠离子电池负极材料，所述材料采用氟掺杂TiO₂纳米颗粒。

将一定比例的有机钛源、氟源和去离子水混合搅拌均匀，经溶剂热法合成制得氟掺杂TiO₂纳米颗粒。

所述有机钛源为钛酸丁酯，氟源为质量百分比为40％的氢氟酸，有机钛源、氟源和去离子水的体积比为25:3:3。

所述溶剂热法的反应温度为160-200℃，时间为24h。

经溶剂热法合成制得的氟掺杂TiO₂纳米颗粒采用去离子水与乙醇清洗离心，干燥。

所述离心转速为8000-9000r/min，离心时间为5-7min，清洗离心次数为6次。

所述干燥温度为70-90℃，干燥时间为24h。

本发明与现有技术相比，其具有如下优点：